Всероссийская коллекция микроорганизмов (рук. д.б.н. Л.И. Евтушенко)

Опубликованы описания 5 новых родов (Crystallibacter, Gordonibacillus, Geochorda, Carboxydochorda, Aliichlorella) и 23 новых вида бактерий, архей, дрожжевых грибов и микроводорослей. Предложения новых таксонов основываются на результатах сравнительного анализа геномов и таксономически-значимых генов/локусов ДНК, а также отличиях изученных организмов от представителей ближайших родов и видов по фенотипическим признакам, в том числе составу и структурам гликополимеров клеточных стенок. Организмы новых таксонов выделены из почв различных природных и антропогенных экосистем, из образцов древнего вулканического пепла и глубинной подземной биосферы Сибири, а также из микробиомов растений, лишайников и животных.

Лаборатория биологии плазмид (рук. чл.-корр РАН А.М. Боронин)

Изучен таксономический состав бактериальных сообществ городской пыли в образцах трех биотопов (аэрозоль воздуха, поверхность листьев древесных растений и поверхность асфальта), отобранных в транспортной, жилой и рекреационной зонах Москвы. С использованием программных обеспечений FAPROTAX и PICRUSt2 спрогнозированы следующие функциональные характеристики: 1) во всех исследуемых образцах наиболее распространены бактерии, получающие энергию за счет окисления органических соединений; 2) на способность к деградации ксенобиотиков бактериальными сообществах пыли филлопланы влияет антропогенная нагрузка; 3) устойчивость членов бактериальных сообществ к ванкомицину, бета-лактамам (в том числе к карбапенемам), аминогликозидам и тетрациклинам. Сконструированной экологической сетью установлено, что модулеобразующими хабами в бактериальных сообществах Москвы являются представители условно-патогенной микрофлоры.

Рисунок. Численность культивируемых антибиотикоустойчивых бактерий от общей численности гетеротрофов (данные приведены в процентах). Обозначения: G –  рекреационная зона, R – жилая зона, T – транспортная зона, F – пробы из воздуха, L – пробы с листьев, P – пробы с асфальта.

Лаборатория регуляции биохимических процессов (рук. д.б.н. Кулаковская Т.В.)

Получены новые данные о вовлечении белков, обеспечивающих гомеостаз фосфата у дрожжей, в адаптацию к различным субстратам и стрессам. Показано, что переносчики фосфата цитоплазматической мембраны дрожжей S. cerevisiae Pho87, Pho89, Pho90 и Pho91 вовлечены в адаптацию к росту при высокой концентрации этанола. Получены новые свидетельства в пользу того, что полифосфаты митохондрий являются энергетическим резервом этих органелл, необходимым для формирования полноценных митохондрий при переходе от гликолиза к окислительному фосфорилированию.

Лаборатория энзиматической деградации органических соединений

(рук. к.б.н М.П. Коломыцева)

• Впервые получена рекомбинантная форма промышленно ценной лакказы из аскомицета P. roridum VKM F-3565, относящейся к редко встречающимся в природе алкалофильным грибным лакказам, путем гетерологической экспрессии в клетках дрожжей K. phaffii GS115 с выходом около 20 мг/л. Особенностью рекомбинантной лакказы является её максимальная каталитическая активность в нейтральной среде, что отличает её от большинства ацидофильных грибных лакказ. Полученный рекомбинантный фермент продемонстрировал повышенную устойчивость в нейтральной среде к воздействию хлоридов одновалентных металлов, органических растворителей, большинства детергентов и металлсвязывающего хелатора по сравнению с условиями кислой среды. Рекомбинантная лакказа была способна катализировать олигомеризацию фенилпропаноидов (аналогов лигнанов) в нейтральной среде, что приводило к образованию тримерных продуктов с потенциалом применения в фармакологической и пищевой промышленностях.

Лаборатория микробной энзимологии (рук. д.б.н. А.А. Леонтьевский)

• Установлено существенное разнообразие в организации важнейшего фосфонатазного пути катаболизма природных органофосфонатов, вносящего существенный вклад в глобальный круговорот фосфора. У деструктора ароматических и фосфорорганических ксенобиотиков Pseudomonas putida CH2 впервые выявлено наличие в геноме двух полных генов фосфонатазы, один из которых, по данным филогенетического анализа, получен путем горизонтального переноса, предположительно, от P. aeruginosa. У P. protegens 23_4, в геномном контексте фосфонатазного оперона обнаружен ген hpnW. Показано, что кодируемая им новая флавиновая оксидаза дублирует по своей функции входящую в фосфонатазный ферментный путь трансаминазу PhnW, но экспрессия указанных ферментов находится под контролем двух различных регуляторов транскрипции. Таким образом, существующий в литературе консенсус о высокой степени изученности и схожести организации фосфонатазных ферментных путей у бактерий различных таксонов требует пересмотра.

Лаборатория биохимии клеточной поверхности микроорганизмов

(рук. к.б.н. Н.В Леонтьевская)

• Расширена антимикробная характеристика бактериолитической амидазы Ami Lysobacter capsici XL1. Впервые установлена способность Ami лизировать живые клетки различных штаммов Bacillus anthracis, в т.ч. антибиотико-устойчивые, а также содержащие плазмиды вирулентности и иммуногенности pXO1 и рХО2, и штаммов Bacillus cereus с гемолитической, лецитиназной и фосфатазной активностями. Таким образом, актуальна разработка ферментного антимикробного препарата на основе бактериолитического фермента Ami.

Лаборатория биологии вирусов бактерий (рук. к.б.н. А.М. Шадрин)

• Изучены свойства эндолизина бактериофага vB_EfS_SE – PlySE и двух химерных эндолизинов, на основе его углевод-связывающего домена (CBD): PlyIME-SE и PlySheep-SE. Эндолизин PlySE имеет необычную структуру – состоит не из одной субъединицы, как у большинства изученных бактериофагов, а из 4-х. Одна из субъединиц состоит из каталитического домена и CBD, и трёх коротких, содержащих только домен CBD. Короткие субъединицы синтезируются путём альтернативной инициации трансляции с RBS расположенного внутри кодирующей последовательности мРНК. Конструкции для экспрессии химерных эндолизинов содержали каталитические домены генов эндолизинов plyIME и plySheep, которые были получены методом синтеза de novo. В результате было выявлено, что эндолизин PlySheep-SE, последовательность энзиматического домена которого была взята из данных метагенома овцы, обладал более широким диапазоном активности рН по сравнению с эндолизинами PlySE и PlyIME-SE. При замене каталитических доменов специфичность химерных эндолизинов не изменялась, что указывает на то, что за специфичность действия эндолизина отвечает его тетрамерный углевод-связывающий домен.

Лаборатория физиологии микроорганизмов (рук. д.б.н. М.Б. Вайнштейн)

• Разработана новая (усовершенствованная) версия пакета компьютерных программ «Генератор метаболических путей GenMetPath 2.0», предназначенная для выявления возможных вариантов метаболических путей, способных конвертировать заданный субстрат в заданный продукт, включая образуемую биомассу растущих клеток. Пакет программ включает в себя оригинальные математические и программные решения, позволяющие в том числе выявить участки искомого метаболического пути, а также биохимические реакции, лимитирующие возможности данного пути биоконверсии. Программный пакет является эффективным инструментом исследования материально-энергетического баланса клеточного метаболизма и может быть использован для планирования генетической модификации клеток при создании продуцентов заданных продуктов.

Лаборатория биосенсоров (рук. д.х.н. А.Н. Решетилов)

• Продолжены работы по улучшению аналитических характеристик ферментных и микробных электрохимических биосенсоров и биотопливных элементов с использованием наноматериалов. Показано, что применение в рецепторном элементе аналитических устройств на основе матричных графитовых электродов, модификации графеновыми чернилами, приводит к значительному повышению амплитуды сигналов ферментных биосенсоров. Исследования проведены для глюкозооксидаз из разных источников. Использование проводящего композита на основе терморасширенного графита и бактериальной целлюлозы для иммобилизации мембранных фракций бактериальных клеток Gluconobacter oxydans позволяет получить двукратное снижение уровня минимально определяемой концентрации глюкозы и более чем в два раза увеличивает воспроизводимость сигналов.

В рамках работ по использованию биосенсорного метода для оценки особенностей метаболизма микроорганизмов показано присутствие конститутивной системы транспорта и начального метаболизма метанола в клетках Rhodococcus wratislaviensis ВКМ Ac-2631. Метод позволяет оперативно и с минимальными материальными затратами провести также оценку некоторых физиологических особенностей дрожжей-метилотрофов, совпадающих с данными, полученными классическим методом.

Лаборатория микробиологической трансформации органических соединений (рук. д.б.н. М.В. Донова)

На основе гетерологической экспрессии гена 3-кетостероид-1-дегидрогеназы из Nocardioides simplex в E.coli создан клеточный биокатализатор, осуществляющий 1-дегидрирование 3-оксо-4-ен-стероидов пи высоких субстратных нагрузках. По эффективности и селективности биокатализатор превосходит известные мировые аналоги и может быть использован при синтезе преднистероидов, востребованных в медицине и ветеринарии.